5.5 跨学科实践：制作望远镜 教学设计 2026-2027学年人教版八年级上册物理

该初中物理教学设计聚焦望远镜两次成像原理及视角概念，通过“双凸透镜叠看小字（放大镜成像）和远处物体（照相机成像）”活动导入，衔接凸透镜成像规律，搭建从单一成像到两次叠加的学习支架。 特色在于项目式学习贯穿“原理探究-设计-制作-调试-展示”流程，以科学探究驱动学生分组设计焦距组合、制作嵌套镜筒并调试，结合望远镜发展史渗透科学态度与责任，提升学生动手与问题解决能力，为教师提供可操作的跨学科实践方案。

5.5 制作望远镜 人教版 八年级物理上册 第五章 第5节 课题 课型 课时 教材版本 5.5 制作望远镜 项目式学习·跨学科实践 2课时（90分钟） 第1课时：原理探究与设计 第2课时：制作调试与展示 人教版 八年级上册 项目背景：本节是第五章凸透镜成像规律的终极应用——望远镜。望远镜是“凸透镜两次成像”的典型装置（物镜成倒立缩小实像+目镜成正立放大虚像），学生需综合运用5.1透镜、5.2生活中的透镜、5.3成像规律的全部知识来理解望远镜的工作原理。本节设计为项目式学习——学生经历“原理探究→设计→制作→调试→展示”的完整工程流程，在“做望远镜”中体会光学知识的实际价值。天文望远镜的科普知识和宇宙探索内容，可以激发学生对科学的热爱。 学情分析：学生已完整掌握凸透镜成像五条规律，能熟练判断物距与像的性质。但“两次成像”（物镜一次+目镜一次）的叠加逻辑是新挑战——学生需要理解物镜所成的像（倒立缩小实像）在目镜的焦距以内，被目镜再次放大（正立放大虚像），最终观察到倒立的像（物镜倒立+目镜正立=倒立）。视角概念（望远镜放大的是“视角”而不是“物体本身”）是一个抽象的理解难点。动手制作望远镜需要将光学知识与手工技能相结合——这部分学生通常兴趣浓厚但操作需要指导。 教学方法 项目式学习、光路分析法、小组合作实践 教学用具 凸透镜多组（不同焦距）、瓦楞纸、剪刀、胶带、直尺、PPT 核心素养目标 物理观念 了解望远镜的基本原理，理解望远镜中物镜和目镜各自成像的特点。知道视角的概念以及望远镜“放大”视角的本质。 科学思维 1. 能运用凸透镜成像的规律分析望远镜的两次成像过程；2. 理解望远镜“放大”的是视角而非物体本身这一抽象概念；3. 能根据放大倍率公式（f物/f目）合理选择凸透镜组合来设计望远镜。 科学探究 1. 设计望远镜方案（确定焦距搭配和镜筒长度）；2. 选用合适器材制作望远镜；3. 通过调试（前后移动目镜）获得清晰的望远像；4. 展示成果并交流经验。 科学态度与责任 1. 在制作望远镜的实践中体会物理知识解决实际问题的能力；2. 了解望远镜在天文学发展中的重要贡献，激发对宇宙探索的兴趣；3. 增强团队合作和动手实践的自信心。 项目重难点 项目重点：望远镜的两次成像过程（物镜→倒立缩小实像，目镜→正立放大虚像）；视角概念的理解。 项目难点：理解“望远镜放大的是视角而不是物体本身”；制作望远镜时焦距搭配和镜筒长度的设计与调试。 项目流程（第1课时：原理探究·设计） 第1课时 环节一：活动体验——两个凸透镜叠着看（8分钟） 【教师活动】活动1（观察小字）：发给每个小组两个凸透镜。先用一个凸透镜观察提前写好的小字，得到放大的像——这是什么？放大镜成像（u<f，正立放大虚像）。再用另一个凸透镜放在第一个后面，调整前后距离，观察上面看到的像——得到进一步清晰放大的像。 活动1：两个凸透镜叠看小字——两次放大 【学生活动】分组操作：①单透镜看小字→调焦至最清晰（放大镜效果→正立放大虚像）。②加第二个透镜→移动调整两透镜间距离→看到更清晰的放大像。记录两透镜之间的距离和大概位置关系。 【教师活动】活动2（观察远处物体）：走到窗边——先用一个凸透镜观察远处的物体（如对面楼房或校园旗杆），注意成像情况（倒立缩小实像——照相机）。再用另一个凸透镜观察前面所成的像——看到什么？调换两个透镜的位置，有什么发现？ 活动2：两个凸透镜看远处物体——成倒立缩小实像+放大虚像 【学生活动】操作观察：①单透镜看远处→倒立缩小实像（在透镜后侧，像很小）。②把第二个透镜靠近眼睛→再观察→像变大了！③把两个透镜交换位置→效果变差（物镜聚焦能力不够，光线散了）。 【过渡语】刚才的活动体验告诉我们：两个凸透镜叠在一起能“拉近”远处的景物。其实这就是望远镜的基本原理。两个透镜分别叫什么？各做什么？ 第1课时 环节二：知识点一——望远镜的基本原理（12分钟） 【教师活动】讲解望远镜基本构造：两组凸透镜——靠近被观测物体的叫物镜，靠近眼睛的叫目镜。物镜焦距较大（口径大），目镜焦距较小。 望远镜基本构造——物镜（f大）+目镜（f小） 【教师活动】讲解两次成像过程：（1）远处物体发出的光经物镜（相当于照相机镜头）→在物镜的焦点附近成倒立、缩小的实像。（2）这个实像恰好落在目镜的焦距以内（u目<f目）→目镜相当于放大镜→把这个倒立缩小的实像再次放大→成正立、放大的虚像。最终人眼看到的是一个倒立的像（物镜倒立+目镜正立=倒立）！ 望远镜成像原理——物镜成倒立缩小实像+目镜成正立放大虚像 【学生活动】用光路图描述：物体→物镜→倒立缩小实像（在物镜焦点附近）→落在目镜的焦距以内→目镜→正立放大虚像→人眼看到倒立放大的像。 【教师活动】追问：望远镜里的物体真的变大了吗？——不是！望远镜并没有放大物体本身。为什么我们感觉物体变大了？引出“视角”概念。 人眼用望远镜看到的像比裸眼看物大——为什么？ 【教师活动】讲解视角——从眼睛中心向物体两端所引的两条直线的夹角。物体对眼睛所成的视角越大，它在视网膜上所成的像就越大。视角的大小取决于两个因素：（1）物体本身的大小（物体越大→视角越大）；（2）物体到眼睛的距离（距离越近→视角越大）。 视角与物体距离的关系——等大物体越近视角越大 【教师活动】望远镜的“放大”本质：望远镜虽然没有把物体放大，但它成的像离眼睛很近→大幅增大了视角→所以感觉看到的物体放大了、变清楚了。望远镜的放大倍率=物镜焦距/目镜焦距=f物/f目。 望远镜放大倍率=f物/f目——增大视角而非放大物体 【知识点】望远镜原理：（1）物镜（f大）→成倒立缩小实像（照相机原理）。（2）目镜（f小）→成正立放大虚像（放大镜原理）。关键——物镜所成的实像要落在目镜的焦距之内。放大倍率=f物/f目。望远镜“放大”的是视角而非物体本身。视角大小取决于物体大小和距离两个因素。 【过渡语】原理清楚了。现在我们要自己动手设计一台望远镜——选择焦距搭配、计算镜筒长度、准备材料。 第1课时 环节三：知识点二——望远镜的设计（10分钟） 【教师活动】步骤1——确定放大倍率：自制的望远镜放大倍率不宜过大，取2~3倍即可。放大倍率=f物/f目（例如物镜f=30cm、目镜f=10cm→倍率3倍）。 【教师活动】步骤2——选择物镜和目镜：（1）可以用放大镜、老花镜片或直接购买凸透镜；（2）测量每块凸透镜的焦距（平行光聚焦法），选择f较大的做物镜、f较小的做目镜；（3）物镜的直径要大于目镜的直径（大物镜能收集更多光）。 【教师活动】步骤3——设计镜筒：（1）物镜镜筒要比目镜镜筒粗（嵌套式，目镜筒插入物镜筒内前后滑动）。（2）观察最远处物体时，两块凸透镜间的距离≈f物+f目。观察较近物体时，距离要稍大一些。（3）设计凹槽作为目镜前后调节的轨道。 【学生活动】分组完成设计方案表：①记录物镜焦距f物=____cm，目镜焦距f目=____cm。②计算放大倍率=____倍。③计算镜筒总长≈f物+f目=____cm（观察远处时）。④画出镜筒嵌套结构草图，标注关键尺寸。 【设计意图】从“理解原理”到“动手设计”的过渡环节——学生需要把自己理解的f物/f目转化为具体数字，这是科学计算与工程制作的结合。 项目流程（第2课时：制作调试·展示） 第2课时 环节四：知识点三——制作望远镜（25分钟） 【教师活动】展示手持望远镜实物或成品图，分组发放材料：两组不同焦距的凸透镜、瓦楞纸、剪刀、胶带、直尺。 制作材料——凸透镜+瓦楞纸+剪刀+胶带 制作步骤：步骤①：用瓦楞纸分别包裹物镜和目镜，制作镜筒。物镜筒直径略大于物镜直径，目镜筒直径略大于目镜直径。镜筒的长度要能包裹住透镜并留出调节余量。 步骤②：根据测算的最佳距离（f物+f目），确定镜筒的长度范围（例如f物+f目=40cm→镜筒总长约40cm）。在物镜筒上裁出纵向凹槽，作为目镜筒前后调节的轨道。 步骤③：将目镜筒插入物镜筒内，调整目镜筒粗细以便实现共轴调节（两透镜光心在同一直线上）。 步骤④：使用望远镜观察远处物体，前后滑动目镜筒调节物镜与目镜间的距离，直到看到清晰像。 制作步骤图解——包镜筒、裁凹槽、嵌套 试用调试——目镜筒插入物镜筒，前后滑动调焦 【学生活动】分组制作望远镜并调试。记录制作过程中遇到的问题（如“目镜筒太松容易滑出”“两个透镜不共轴导致一边清一边糊”）和解决方案。 第2课时 环节五：问题探究——如何看到正立的像？（5分钟） 【教师活动】提问：我们用两块凸透镜制作的望远镜，看到的远处物体的像是倒立的（物镜倒立+目镜正立→最终倒立）。怎样才能通过望远镜看到正立的像呢？ 【学生活动】讨论方案：①使用两个相互垂直的平面镜反射装置——先把倒立的像上下颠倒一次，再左右颠倒一次→正像（即“正像棱镜”的原理，现代双筒望远镜普遍使用）。②物镜使用凸透镜，目镜使用凹透镜——这就是伽利略望远镜的原理（伽利略1609年就是用这种望远镜观察天体的）。 第2课时 环节六：望远镜与宇宙探索（5分钟） 【教师活动】科学家故事与望远镜发展史：1609年伽利略用自制望远镜指向天空，发现木星卫星、太阳黑子、月球环形山，以确凿证据支持日心说。1846年利用万有引力定律预测并发现海王星。1990年哈勃空间望远镜进入太空。2009年郭守敬望远镜建成——世界上第一个获取光谱数突破千万量级的望远镜。2020年中国天眼（FAST）正式开放运行——全球单口径最大、灵敏度最高的射电天文望远镜。 望远镜与宇宙探索——从战国时期观测天象说起 第2课时 环节七：展示交流与课堂练习（5分钟） 【教师活动】各小组展示自制望远镜，说明设计参数（f物、f目、倍率），演示望远效果。评选“最佳成像质量奖”“最佳制作工艺奖”。 【教师活动】练1 项目学习小组在“自制望远镜”活动中选择了两块透镜，将其中一块透镜正对太阳光，观察到地面上出现了明亮的光斑，如图所示。下列说法中正确的是（　　） A. 该透镜是凹透镜 B. 该透镜对光具有发散作用 C. 该透镜可用来制作望远镜的物镜 D. 可以使用这种透镜来矫正近视眼 练1图：透镜正对太阳光出现光斑 【学生活动】选C。解析：正对太阳光后出现光斑→凸透镜对光有会聚作用→该透镜是凸透镜（A错B错）。凸透镜可以用来做望远镜物镜（C对）。凸透镜矫正远视眼、凹透镜矫正近视眼（D错）。 【教师活动】练2 天文爱好者所使用的望远镜如图所示。以下判断正确的是（　　） A. A镜是目镜 B. B镜是物镜 C. 由于没有光屏，太空中的星体通过A镜成的是虚像 D. 太空中的星体通过A镜成的像是倒立缩小的 练2图：天文望远镜 【学生活动】选D。解析：A镜在最前端靠近物体→是物镜（A错）。B镜靠近眼睛→是目镜（B错）。太空中的星体距离极远，u≫2f→物镜A成倒立缩小的实像，像成在物镜焦点附近（有具体的光线会聚→是实像，C错D对）。 板书设计 5.5 制作望远镜 一、望远镜原理 物镜（f大）→倒立缩小实像（照相机） ↓实像落在目镜焦距内 目镜（f小）→正立放大虚像（放大镜） 最终：倒立放大的像（物倒+目正=倒） 二、视角 定义：眼睛中心到物体两端两直线的夹角 决定因素：物体大小+物体到眼睛距离 望远镜本质：不放大物体→放大视角 三、放大倍率 倍率=f物/f目 自制望远镜建议2~3倍 例：f物=30cm，f目=10cm→3倍 四、制作要点 ①选镜：物镜f大直径大，目镜f小 ②镜筒：f物+f目（远处）稍增大（近处） ③嵌套：目镜筒插入物镜筒→前后滑调焦 ④调焦：滑动目镜至最清晰像 五、天文望远镜 伽利略1609→哈勃1990→郭守敬2009 →FAST中国天眼2020 人教版 八年级上册 第五章 第5节 教学反思 □ 活动1和活动2的体验环节是否充分？学生能否从“操作体验→原始描述→光学解读”完成思维的跃升，还是停留在“好玩”层面？ □ 望远镜“放大的是视角不是物体”——这个抽象概念学生是否真正理解？建议用极端例子测试：用望远镜看月亮，月亮真的变大了吗？（视角确实增大了→视网膜上像变大→感觉月球被放大）。 □ 视角的两个决定因素（物体大小+物体距离），学生能否用这两个因素解释“同样的建筑，在远处视角小、在近处视角大”的生活经验？ □ 两次成像过程——物镜的实像是否“真的”落在目镜的焦点以内？用光路板或用模型演示这个叠加关系比纯板书讲解效果更好。 □ 制作环节学生最常犯三个错误：①两透镜不共轴→像一半清一半糊。②镜筒长度不够→调不到位。③目镜筒太松→滑动时晃动。有没有提前提醒？ □ 天文望远镜科普——不讲成“走过场”。让学生真正体会到“伽利略那个年代，第一次把望远镜指向星空需要多大的勇气”。 □ 练2的A镜B镜判断——学生容易混淆“哪个是物镜哪个是目镜”。口诀：靠近物体→物镜（大），靠近眼睛→目镜（小）。 学科网（北京）股份有限公司 $